1、 26. 简述非稳态导热的基本特点。 27. 什么是临界热绝缘直径？平壁外和圆管外敷设保温材料是否一定能起到保温的作用，为什么？ 计算题（本大题共 2 小题，每小题 12 分，共 24 分） 28. 一内径为 300mm 、厚为 10mm 的钢管表面包上一层厚为 20mm 的保温材料，钢材料及保温材料的导热系数分别为 48 和 0.1 ，钢管内壁及保温层外壁温度分别为 220 及 40 ，管长为 10m 。试求该管壁的散热量。 29. 一内径为 75mm 、壁厚 2.5mm 的热水管，管壁材料的导热系数为 60 ，管内热水温度为 90 ，管外空气温度为 20 。管内外的换热系数分别为 和 。试
2、求该热水管单位长度的散热量。 26. （ 1 ）随着导热过程的进行 , 导热体内温度不断变化 , 好象温度会从物体的一部分逐渐向另一部分转播一样 , 习惯上称为导温现象。这在稳态导热中是不存在的。 （ 2 ）非稳态导热过程中导热体自身参与吸热（或放热），即导热体有储热现象，所以即使对通过平壁的非稳态导热来说，在与热流方向相垂直的不同截面上的热流量也是处处不等的，而在一维稳态导热中通过各层的热流量是相等的。（ 3 ）非稳态导热过程中的温度梯度及两侧壁温差远大于稳态导热。 27. （ 1 ）对应于总热阻为极小值时的隔热层外径称为临界热绝缘直径。 （ 2 ）平壁外敷设保温材料一定能起到保温的作用，因
3、为增加了一项导热热阻，从而增大了总热阻，达到削弱传热的目的。 （ 3 ）圆筒壁外敷设保温材料不一定能起到保温的作用，虽然增加了一项热阻，但外壁的换热热阻随之减小，所以总热阻有可能减小，也有可能增大。 计算题（本大题共 2 小题，每小题 12 分，共 24 分） 28. 解：已知 d 1 =300mm d 2 =300+2 10=320mm d 3 =320+2 20=360mm m t w1 =220 t w2 =40 =9591.226W 29. 解：已知 d 1 =75mm=0.075m d 2 =75+2 2.5=80mm=0.08m t f1 =90 t f2 =20 =572.2W/
4、m 四、简答题（本大题共 2 小题，每小题 8 分，共 16 分） 26 不凝结气体含量如何影响了蒸汽凝结时的对流换热系数值？其影响程度如何？凝汽器如何解决这个问题？ 27 写出直角坐标系中导热微分方程的一般表达式，它是根据什么原理建立起来的？它在导热问题的分析计算中有何作用？ 五、计算题（本大题共 2 小题，每小题 12 分，共 24 分） 28 两块平行放置的平板 1 和 2 ，相关尺寸如图示。已知： t 1 =177 、t 2 =27 、 1 =0.8 、 2 =0.4 、 X 1 ， 2 0.2 。试用网络法求： 两平板之间的辐射换热量； 若两平板均为黑体表面，辐射换热量又等于多少？
5、29 一台逆流式换热器用水来冷却润滑油。流量为 2.5kg /s 的冷却水在管内流动，其进出口温度分别为 15 和 60 ，比热为 4174J/(kg k) ；热油进出口温度分别为 110 和 70 ，比热为 2190 J/(kg k) 。传热系数为 400W （ m 2 k ）。试计算所需的传热面积。 四、简答题）本大题共 2 小题，每小题 8 分，共 16 分） 26 （ 1 ）因在工业凝汽器设备的凝结温度下，蒸汽中所含有的空气等气体是不会凝结的，故称这些气体成分为不凝结气体。当蒸汽凝结时，不凝结气体聚积在液膜附近，形成不凝结气体层，远处的蒸汽在抵达液膜表面进行凝结前，必须以扩散方式穿过这
6、个气体层，这就使凝结换热过程增加了一个热阻，即气相热阻，所以 c 降低。 （ 2 ）在一般冷凝温差下，当不凝结气体含量为 1% 时，换热系数将只达纯净蒸汽的 40% 左右，后果是很严重的。（ 3 分，答 50% 左右也可） （ 3 ）这是凝汽器必须装设抽气器的主要原因之一。（ 2 分） 27 （ 1 ）直角坐标系中导热微分方程的一般表达式为： （ 3 分） （ 2 ）它是根据导热基本定律（或傅里叶定律）和能量守恒定律建立起来的。（ 2 分） （ 3 ）作用：确定导热体内的温度分布（或温度场）。（ 3 分） 五、计算题（本大题共 2 小题，每小题 12 ，共 24 分） 28 （ 1 ） (3
7、分 ) (2 分 ) =1105.65W （ 1 分） 若两表面为黑体表面，则 （ 3 分） （ 2 分） =1492.63W （ 1 分） 若不写单位，扣 0.5 分若直接把值代入而没写出公式，也可给分。 29 已知： q m2 =2.5kg/s 计算平均温差 （ 5 分） （ 2 ）计算水所吸收的热量 （ 3 分） （ 3 ）计算传热面积 由 得 (4 分 ) 四、简答题（本大题共小题，每小题分，共分） 26. 气体辐射有哪些特点？ 27. 为什么高温过热器一般采用顺流式和逆流式混合布置的方式？ 五、计算题（本大题小题，每小题分，共分） 28. 某炉墙由耐火砖和保温板组成，厚度分别为 20
8、0mm 和 80mm ，导热系数分别为 0.8W/(m. K) 和 0.11W/(m. K) ，炉墙内外侧壁温分别为 600 。 C 和 70 。 C 。求炉墙单位面积的热损失和两层材料间的温度。 29. 以 0.8m/s 的流速在内径为 2.5cm 的直管内流动，管子内表面温度为 60 。 C ，水的平均温度为 30 。管长 m 。试求水所吸收的热量。（已知 30 。 C 时 , 水的物性参数为： C p =4.17KJ/(kg.K), =61.8 10 -2 W/(m.K), =995.7kg/m 3 , =0.805 10 -6 m 2 /s, ） Pr=5.42, 水 60 。 C 时
9、的 =469.9 10 -6 kg/(m.s) 。已知水在管内流动时的准则方程式为 （） Nu f =0.027Re f 0.8 Pr f 0.4 1 R 适用条件： Re f =10 4 1.2 10 5 , Rr f =0.6-120, 水与壁面间的换热温差 t 30C （） Nu f =0.027Re f 0.2 Pr f 1/3 ( f / w ) 0.11 1 R 适用条件： Re f =10 4 1.75 10 6 , Pr f = 0.6 700, 水与壁面间的换热温差 t 以上两个准则方程式的定性温度均为流体的平均温度（ w 的定性温度为管内壁温度） , 特性尺度为管内径。 四
10、、简答题（本大题共 2 小题，每小题 8 分，共 16 分） 26 （ 1 ）气体的辐射（和吸收）对波长有强烈的选择性，即它只能辐射和吸收某些波长范围内的能量。 （ 2 ）气体的辐射（和吸收）是在整个容积中进行的。固体和液体不能穿透热射线，所以它们的辐射（和吸收）只在表面进行。 27 （ 1 ）因为在一定的进出口温度条件下，逆流的平均温差最大，顺流的平均温差最小，即采用逆流方式有利于设备的经济运行。 （ 2 ）但逆流式换热器也有缺点，其热流体和冷流体的最高温度集中在换热器的同一端，使得该处的壁温较高，即这一端金属材料要承受的温度高于顺流型换热器，不利于设备的安全运行。 （ 3 ）所以高温过热器
11、一般采用顺流式和逆流式混合布置的方式，即在烟温较高区域采用顺流布置，在烟温较低区域采用逆流布置。四、简答题（每小题 3 分，共 9 分） 43 . 简述物性参数导热系数和粘度对表面传热系数的影响。 44. 蒸汽凝结换热中有不凝结气体存在时，对凝结换热有什么影响？ 45. 角系数有哪些特性？ 五、计算题（每小题 5 分，共 15 分） 46. 平壁，厚度 = 80mm ，两表面温度分别维持在 20 （ ）和 0 ，平壁的高温面受到流体的加热，流体温度 t f = 100 , 表面传热系数 W/ （ m 2 k ）。当处于稳态时，试确定平壁材料的导热系数。 47. 压缩空气在中间冷却器的管外横掠流
12、过， a 0 =90W/(m 2 k) ，冷却水在管内流过 a 1 =6000W/(m 2 k) 。冷却管是外径为 16mm ，厚 1.5mm 的黄铜管。求： 1 ）此时的传热系数； 2 ）若管外表面传热系数增加一倍，传热系数有何变化； 3 ）若管内表面传热系数增加一倍，传热系数又作何变化。 48. 一顺流换热器，其冷流体进出口温度分别为 10 和 30 ，热流体进出口温度分别为 80 和 50 ，试比较对数平均温差和算术平均温差，并说明能否用算术平均温差代替对数平均温差？ 六、综合计算（每小题 8 分，共 32 分） 49. 一平壁水泥泡沫砖构成，厚度为 50cm ，导热系数 ，高温面维持
13、200 、低温面为 50 。试求： （ 1 ）通过平壁的热流密度； （ 2 ）维持热流密度不变时，计算在墙壁内温度为 70 处，距离温墙面的厚度为多少？ 50.30 的大铜板，被置于 400 的炉中加热 10 分钟后，测得铜板温度上升到 150 。已知铜板两侧与周围环境间的表面传热系数为 125W/ （ m 2 k ），铜板的 = 8440kg /m 3 ， C P =377J/ （ kg k ） , 。试估算铜板的厚度是多少？ 51. 水以 1.5m /s 的速度流过内径为 25mm 的加热管。管的内壁温度保持 100 ，水的进口温度为 15 。若要使水的出口温度达到 85 ，求单位管长换热
14、量。（不考虑修正） 提示： 已知： 50 的水 52. 抽真空的保冷瓶胆是双壁镀银的夹层结构，外壁内表面温度为 30 ，内壁外表面温度为 0 ，镀银壁黑度为 0.03 。计算由于辐射换热单位面积人散热量。 四、简答题（每小题 3 分，共 9 分） 43. （ 1 ）导热系数大，则流体内部、流体与壁面间的导热热阻小，表面传热系数就大。 2 ）粘度大，流速就低，表面传热系数就小。 44. 形成气体热阻，使表面传热系数大大减少。 45. （ 1 ）角系数的相对性 （ 2 分） （ 2 ）角系数的完整性 （ 1 分） 3 ）角系数的可加性 （ 1 分） 五、计算题（每小题 5 分，共 15 分） 46
15、. 由 （ 3 分） 得 （ 2 分） 47.1 ）对于管外表面积的传热系数为 （ 2 分） 2 ）略计算壁热阻，传热系数为 传热系数增加了 96% 3 ) 传热系数增加还不到 1% 抓住分热阻最大的那个环节进行强化，才能收到显著效果。 48. 对数 算术 （ 1 分） 差别 （ 1 分） 六、综合计算（每小巧玲珑题 8 分，共 32 分） 49. （ 2 分） （ 2 分） 由 （ 1 分） 有 （ 2 分） 50. 设 ，采用集总数法 校核假设 假设正确（ 2 分） 51. 定性温度 流动为紊流 （ 2 分） 52. (2 分 ) 计算题 : 1 有一直径为 5cm 的钢球，初始温度为 4
16、50 ，将其突然置于温度为 30 空气中，设钢球表面与周围环境间的总换热系数为 24w/( m 2 . ) ，试计算钢球冷却到 300 所需的时间。已知钢球的 c =0.48kJ/(kg ) , =7753kg/m 3 , =33w/(m ). （ 8 分） 解 : 先验算 Bi 准数 , 钢球的特征尺寸为 : 故可以按薄材加热处理 . =57.0s=0.158h 2 具有内热源并均匀分布的平壁，壁厚为 S ，假定平壁的长宽远大于壁厚，平壁两表面温度恒为 t w ，内热源强度为 q v ，平壁材料的导热系数为常数，试推出稳态导热时，平壁内的温度分布和中心温度。分 解 : 因平壁的场 , 宽远大
17、于厚度 , 故此平壁的导热可认为是一维稳态导热 . 导热微分方程为 : 边界条件为 : x=s ,t=t w x=-s , t=t 求解上述微分方程 , 得 由边界条件确定积分常数 : 平壁内的温度分布 : 当 X=0, 则得平壁中心温度 : 3. 将初始温度为 80 , 直径为 20mm 的紫铜棒突然横置于气温为 20 , 流速为 12m/s 的风道之中 , 五分钟后 , 紫铜棒温度降到 34 . 试计算气体与紫铜棒之间的换热系数 . 已知紫铜棒密度 =8954kg/m 3 , 比热 C=383.1J/(kg ), 导热系数 =386W/(m ) 解 : 先假定可以用集总系统法分析紫铜棒的散
18、热过程 其中 =5 60=300s 验算 Bi: 4. 一蒸汽管道 , 内 , 外径分别为 150mm 和 159mm. 为了减少热损失 , 在管外包有三层保温材料 : 内层为 2 =0.11, 厚 2 =5mm 的石棉白云石 ; 中间为 3 =0.1, 厚 3 =80mm 的石棉白云石互状预制板 ; 外壳为 4 =0.14, 厚 4 =5mm 的石棉硅藻土灰泥 ; 钢管壁的 1 =52, 管内表面和保温层外表面的温度分别为 170 和 30 . 求该蒸汽管每米管长的散热量 ? 解 : 已知 d 1 =0.15m, d 2 =0.159m, d 3 =0.169m, d 4 =0.339m 各
19、层每米管长热阻分别为 : 管壁 : 石棉内层 : 石棉预制瓦 : 灰泥外壳 : 蒸汽管道每米长散热量为 5. 压力为 1.013bar,20 空气以速度 V=35m/s 掠过平板 , 板长 L=70cm, 壁面温度 t w =60 , 试求该板的换热系数及换热量 ( 板宽按 1m 计算 )? 已知 :40 空气物性参数为 : =0.0271W/m =16.97 10 -6 m 2 /s Pr=0.711 解 : 按壁面与流体温度的算术平均值做为定性温度确定物性 : 查附录 得空气物性为 : =0.0271w/m =16.97 10 -6 m 2 /s Pr=0.711 则 为紊流 对于紊流纵掠
20、平板时 , 局部摩擦系数为 : 7. 两平行大平板间的辐射换热 , 平板的黑度各为 0.5 和 0.8, 如果中间加进一块铝箔遮热板 , 其黑度为 0.05, 试计算辐射热减少的百分率 ? 并画出辐射网络图 . 解 : 未加遮热板时 , 两大平板单位面积间的辐射换热量为 : 设置遮热板后 : 加入遮热板后的辐射换热量减少的百分率为 : 8. 有两平行黑体表面 , 相距很近 , 他们的温度分别为 1000 与 500 , 试计算它们的辐射换热量 , 如果是灰体表面 , 黑度分别为 0.8 和 0.5, 它们间的辐射换热量是多少 ? 解 : 两黑体表面间的辐射换热量是 : 两灰体表面间的辐射换热量
21、是 : 9. 两个互相平行且相距很近的大平面 , 已知 t 1 =527 , t 2 =27 , 其黑度 1 = 2 =0.8, 若两表面间按放一块黑度为 p =0.05 的铝箔遮热板 , 设铝箔两边温度相同 , 试求辐射换热量为未加隔热板时的多少成 ? 若隔热板的黑度为 0.8, 辐射换热量又为多少 ? 解 : 未加遮热板时 , 两大平板间的辐射换热量为 : 设置遮热板后 : 10. 有两个平行钢板 , 温度各保持 t 1 =527 , t 2 =27 , 其黑度 1 = 2 =0.8, 两钢板间的距离比起钢板的宽和高相对很小 , 试求这两块钢板的自身辐射 , 有效辐射 , 净辐射热流 , 反射辐射 , 投射辐射和吸收辐射热流 ? 解 : 两大平板间的辐射换热量为 : 处于热平衡时 : 自身辐射 : 有效辐射 : 反射辐射 : R 1 G=J 1 -E 1 =19430-18579.4=850.56w/m 2 总投入辐射 :
